專利名稱：基于同步時域信號的輸電線路集中參數(shù)在線確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)輸電線路參數(shù)在線確定方法，尤其是一種基于同步時域信號的輸電線路集中參數(shù)在線確定方法。
背景技術(shù)：
隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的快速穩(wěn)步推進，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求也越來越高，電網(wǎng)物理復(fù)雜性的迅速上升使得電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行面臨嚴峻挑戰(zhàn)。隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，調(diào)度運行人員對電網(wǎng)特性的把握也越來越依賴于電網(wǎng)模型參數(shù)的精確性。線路參數(shù)是運行技術(shù)人員獲取電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、生成潮流計算所需的節(jié)點導(dǎo)納矩陣和阻抗矩陣、進行短路電流計算、繼電保護裝置整定的重要依據(jù)。提高電網(wǎng)參數(shù)計算的準確性、可靠性和實時性，是建設(shè)智能電網(wǎng)的基本需求，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重大意義。目前有運行經(jīng)驗表明在某些電網(wǎng)中，狀態(tài)估計、潮流計算、保護定值整定等環(huán)節(jié)的計算值與實測值會存在一定的誤差，某些情況下該誤差較大，甚至影響到系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。通過大量的分析發(fā)現(xiàn)，該誤差產(chǎn)生的主要原因是線路參數(shù)不夠準確，即分析計算所采用的線路理論參數(shù)值與實際參數(shù)值差別較大。目前在現(xiàn)場中采用的線路參數(shù)值大多是經(jīng)驗值或廠家給出的離線測量值，而不是線路實際運行時的參數(shù)，二者之間難免存在誤差，從而影響電力系統(tǒng)分析計算的準確度和精度。從嚴格意義上講，不同時刻、不同運行條件下線路的參數(shù)都會有差別，如果進行較為精確的計算，這些差別就是無法忽略的。如果能夠通過電網(wǎng)實時運行的電氣量在線計算出輸電線路的參數(shù)值，基于實時的輸電線路參數(shù)開展電力系統(tǒng)分析和計算，勢必能夠提高分析計算精度，從而提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。時域信號，指的是隨時間變化的信號，反應(yīng)到電力系統(tǒng)中，就是對電流、電壓信號的模擬量采樣值。這些信號僅僅是對電流、電壓進行時間離散化處理后的信號，無需經(jīng)過數(shù)字濾波、傅里葉變換等計算環(huán)節(jié)，因此能夠避免直流分量、諧波和算法的選擇對計算結(jié)果的影響，且具有較快的計算速度，應(yīng)用前景較好。中國專利申請201110024996公開了一種基于PMU量測數(shù)據(jù)的電力線路參數(shù)的辨識與估計方法。該方法利用計算機，通過程序，首先輸入被辨識與估計線路的基本數(shù)據(jù)，然后根據(jù)該線路兩端的多個時段的PMU量測數(shù)據(jù)，先辨識該線路的錯誤參數(shù)，再估計該線路的正確參數(shù)，得出線路正確參數(shù)的估計值。該發(fā)明基于PMU量測數(shù)據(jù)，要首先辨識線路的錯誤參數(shù)，辨識方法的選擇會影響對線路正確參數(shù)的估計，并且只針對裝設(shè)有PMU裝置的中等長度聞壓和超聞壓輸電線路。中國專利申請200910107854公開了一種基于故障錄波的輸電線路參數(shù)在線測量方法。該方法利用錄波裝置的GPS時鐘進行整點啟動，得出線路兩端的正序電壓、電流，并以錄波文件形式分別保存在兩端的錄波裝置中，然后中心調(diào)度計算機讀取兩端正序電壓、電流值和零序電壓、電流值，測量出線路的正序參數(shù)和零序參數(shù)。該發(fā)明可使錄波裝置用于輸電線路參數(shù)在線測量，彌補現(xiàn)有在線測量裝置測量正序參數(shù)時不同步、測量零序參數(shù)時無零序電源的缺陷，但是卻過分依賴于錄波裝置，有一定的局限性。
中國專利申請200810079455公開了一種高壓輸電線路正序參數(shù)測量方法。該發(fā)明使用單相試驗電源對待測線路施加正相電壓、反相電壓，利用反相前后測量得到的電壓、電流、功率數(shù)值，結(jié)合線路施加電壓前測得的干擾電壓，經(jīng)計算排除掉干擾電壓的影響，得到相間阻抗；再對其它兩相分別測量得到其相間阻抗，經(jīng)計算后得到高壓輸電線路的正序參數(shù)。該發(fā)明可以在強電磁干擾環(huán)境下，特別是在三相干擾電壓各不相同的情況下，準確測量得到高壓輸電線路的正序參數(shù)，但是單相試驗電源的施加對線路的正常運行會產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于同步時域信號的輸電線路集中參數(shù)在線確定方法，通過該方法計算得到的輸電線路集中參數(shù)與實際參數(shù)之間的誤差非常小，具有很高的精度，并且該方法的計算精度不受衰減直流、衰減高頻信號的影響，計算所需數(shù)據(jù)窗很短，具有較快的響應(yīng)速度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種基于同步時域信號的輸電線路集中參數(shù)在線確定方法，包括以下步驟第一步將輸電線路等效為型集中參數(shù)模型，根據(jù)基爾霍夫第一定律KCL和基爾霍夫第二定律KVL列出型電路的微分方程；第二步將微分方程化簡合并，得到關(guān)于輸電線路集中參數(shù)電阻R、電感L、電容C的微分方程組；第三步將輸電線路兩側(cè)的電壓和電流同步時域信號帶入微分方程組，采用最小二乘法求解得出線路參數(shù)電阻R、電感L、電容C的具體值。所述的第一步中的微分方程的列寫方法為首先將輸電線路等效為型等值電路，根據(jù)n型等值電路的結(jié)構(gòu)寫出KCL、KVL微分方程。
....C du, C du，.^w —
U1- R(h-icl) + L=U2
Ldt _所述的第二步中化簡合并之后得到的微分方程組為
「 11 2V dt dt\
RC du' T di' LC d U1
U, —U，— IvL----h Z/----—
. 2 dt dt 2 dt2其中，UpUyipi2分別為輸電線路兩端的電壓、電流同步時域信號，icl>ic2為流過兩側(cè)分布電容的電流時域信號，電阻R、電感L、電容C為將輸電線路等效為型電路后的線路參數(shù)。所述的第三步中的求解方法為采集線路兩端的同步電壓和電流時域信號，并對時域信號求取一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，代入第二步的微分方程組中，采用最小二乘法求解方程組，得到線路參數(shù)電阻R、電感L、電容C的具體值。本發(fā)明采用同步時域信號對輸電線路集中參數(shù)進行在線計算，與現(xiàn)有同類技術(shù)相比具有如下優(yōu)點I.時域信號，指的是隨時間變化的信號，反應(yīng)到電力系統(tǒng)中，就是對電流、電壓信號的模擬量采樣值。這些信號僅僅是對電流、電壓進行時間離散化處理后的信號，無需經(jīng)過數(shù)字濾波、傅里葉變換等計算環(huán)節(jié)，能夠極大的簡化計算過程，且具有較快的計算響應(yīng)速度；2.基于同步時域信號計算輸電線路集中參數(shù)能夠避免直流分量、衰減諧波對計算結(jié)果精度的影響；

3.本發(fā)明所提的輸電線路集中參數(shù)在線計算方法不受線路運行狀態(tài)的影響，無論在正常運行狀態(tài)下還是在故障狀態(tài)下都能夠進行參數(shù)計算，可提供實時、準確的電網(wǎng)參數(shù)。


圖I是兩端電源電力系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是型集中參數(shù)等值電路示意圖；圖3是系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下計算得到的輸電線路參數(shù)圖；圖4是故障狀態(tài)下計算得到的輸電線路參數(shù)具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進一步說明。為了說明本發(fā)明所提方法在電力系統(tǒng)各種運行狀態(tài)下都能準確進行線路參數(shù)確定，設(shè)計了兩種不同的運行狀態(tài)，分別為正常運行狀態(tài)和故障狀態(tài)。I.正常運行狀態(tài)下的輸電線路參數(shù)計算在圖I所示的雙端電源電力系統(tǒng)模型中，其型等值電路如圖2所示。圖中，UpUyipi2分別為線路兩端電壓、電流的同步時域信號，icl>ic2為流過兩側(cè)分布電容的電流時域信號。根據(jù)基爾霍夫第一定律KCL列寫微分方程如下I1 = I1 + /'2 +/2 =— + — —1 + /2
2 dt 2 dt化簡得到電容C的表達式
C= 2^i ~h)du' ^ du2 dt dt只要獲得線路兩側(cè)電壓、電流的同步時域信號Ul、u2、ip i2，并對電壓時域信號求取一階導(dǎo)數(shù)之后，代入上式即可得到線路分布電容C的參數(shù)。對圖2還可以根據(jù)基爾霍夫第二定律KVL列寫微分方程如下U1 — R(i} —icl) + L~= U2
Ldt _已知Zrf，將其代入上式，最終得到關(guān)于線路參數(shù)電阻R、電感L的表達式
2dt
為
「 n^ RC du' T di LC d2u'u, -U1 二 Ri'---L + Z j---^
2dt dt 2 dt
上式包含了兩個未知數(shù)，分別為電阻R和電感L，可以采用多組同步時域信號基于最小二乘法進行求解，得到最終的電阻R和電感L參數(shù)值，圖3為正常運行狀態(tài)下計算得到的輸電線路參數(shù)曲線。
2.故障狀態(tài)下的輸電線路參數(shù)計算設(shè)故障發(fā)生在圖I所示的Fl點處，故障類型為A相金屬性接地短路，計算采用故障狀態(tài)下輸電線路兩側(cè)的電壓和電流時域信號，按照本發(fā)明所提的計算方法得到的集中參數(shù)電阻、電感和電容曲線如圖4所示。與圖3對比可知，兩種運行狀態(tài)下計算得到的輸電線路參數(shù)值幾乎相等，表明本發(fā)明所提計算方法具有不受線路運行狀態(tài)影響的優(yōu)點，且具有較高的計算精度。
權(quán)利要求
1.一種基于同步時域信號的輸電線路集中參數(shù)在線確定方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步將輸電線路等效為n型集中參數(shù)模型，根據(jù)基爾霍夫第一定律KCL和基爾霍夫第二定律KVL列出型電路的微分方程； 第二步將微分方程化簡合并，得到關(guān)于輸電線路集中參數(shù)電阻R、電感L、電容C的微分方程組； 第三步采集線路兩端的同步電壓和電流時域信號，并對時域信號求取一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，代入第二步的微分方程組中，采用最小二乘法求解方程組，得到線路參數(shù)電阻R、電感L、電容C的具體值。
2.如權(quán)利要求I所述的基于同步時域信號的輸電線路集中參數(shù)在線確定方法，其特征在于，所述第一步中的微分方程的列寫方法為首先將輸電線路等效為n型等值電路，根據(jù)型等值電路的結(jié)構(gòu)寫出KCL、KVL微分方程；
3.如權(quán)利要求I所述的基于同步時域信號的輸電線路集中參數(shù)在線確定方法，其特征在于，所述的第二步中化簡合并之后得到的微分方程組為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于同步時域信號的輸電線路集中參數(shù)在線確定方法，采用輸電線路兩側(cè)的電流和電壓同步時域信號計算輸電線路的集中參數(shù)。在輸電線路集中參數(shù)等效電路圖中，根據(jù)基爾霍夫第一定律KCL和基爾霍夫第二定律KVL列出微分方程，得到關(guān)于線路參數(shù)電阻R、電感L、電容C的表達式，將線路兩側(cè)的電壓和電流時域信號代入表達式中可求出具體參數(shù)。本發(fā)明所涉及的輸電線路集中參數(shù)確定方法的計算精度不受衰減直流、衰減高頻信號的影響，計算所需數(shù)據(jù)窗短，不僅具有較高的精度，而且具有較快的響應(yīng)速度。
文檔編號G01R27/04GK102621388SQ20121010904
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者呂學(xué)賓, 張帥, 張成峰, 張進玉, 晉飛, 林騫, 欒國軍, 程學(xué)啟, 胡曉東, 許強, 邱升孝 申請人:山東電力集團公司濰坊供電公司